Universumin vanhin musta aukko on aivan liian suuri
13 miljardin valovuoden päästä on löydetty supermassiivinen musta aukko, joka aiheuttaa tutkijoille harmaita hiuksia. Se on niin iso, että se ei ole voinut syntyä niin kuin oppikirjat esittävät. Nyt teoria mustien aukkojen raskaasta sarjasta on kirjoitettu uudestaan.
13 miljardin valovuoden päästä on löydetty musta aukko, joka on paljon suurempi kuin sen perinteisen teorian mukaan pitäisi olla.
Jättiläismäinen, superraskas musta aukko J1342+0928 on vanhin ja kaukaisin kohde, jonka tähtitieteilijät ovat nähneet.
Sitä ympäröi kieppuva kaasukiekko, josta musta aukko kiskoo kaasupilven toisensa jälkeen tapahtumahorisonttinsa tuolle puolen. Siellä painovoima on niin valtava, että edes valo ei pääse sieltä ulos.
Supermassiivinen musta aukko sijaitsee kvasaarin keskellä. Kvasaarit ovat kaukaisia kirkkaita galakseja, jotka säteilevät huomattavasti muita galakseja voimakkaammin.
Useimpien kvasaarien suuruuden aika oli neljä miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Niiden ytimien mustilla aukoilla oli siis ollut aikaa kasvaa superraskaan sarjan mittoihin.
J1342+0928 sen sijaan loisti kirkkaana jo 690 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, mutta silti siinä piilee musta aukko, joka on tutkijoiden laskelmien mukaan massaltaan 800 miljoonaa kertaa Auringon kokoinen.
J1342+0928:n löytyminen vuonna 2017 onkin saanut tähtitieteilijöiden pasmat pahasti sekaisin. Teoriaan, jolla ensimmäisten supermassiivisten mustien aukkojen synty on selitetty, ei nimittäin mahdu mustaa aukkoa, joka on kasvanut niin suureksi niin nopeasti.
Pyörivä kaasukiekko säteilee
Kvasaarin valo syntyy, kun mustaa aukkoa kiertävä kaasupilvikiekko kiihtyy sellaiseen vauhtiin, että yli kolmasosa kaasun massasta muuttuu valoksi.
Samalla pyörivä kaasukiekko synnyttää äärimmäisen voimakkaita magneettikenttiä. Niistä lähtee kaksi sähköisesti varautuneiden hiukkasten suihkua ympäröivään avaruuteen vauhdilla, joka vastaa 99:ää prosenttia valon nopeudesta.
Yhdessä kvasaarin kaasukiekko ja hiukkassuihkut säteilevät enemmän valoa kuin parikymmentä tavallista galaksia.
Valo on niin kirkas, että sen näkee teleskoopeilla Maasta, vaikka valoaallot ovat kulkeneet maailmankaikkeudessa miljardeja vuosia. Jos kvasaarin hiukkassuihku osoittaa Maata kohti, valo on vielä kirkkaampaa.
Kvasaarin mustan aukon ympärillä pyörivä kaasukiekko luo hyvin voimakkaita magneettikenttiä, jotka lähettävät avaruuteen kaksi sähköisesti varautuneiden hiukkasten suihkuvirtausta.
Kvasaarit todistavat mustien aukkojen olemassaolon
Kvasaarien löytyminen varmisti lopullisesti, että mustat aukot eivät ole vain teoreettinen käsite vaan olemassa olevia taivaankappaleita.
1960-luvun alussa tähtitieteilijät olivat havainneet outoja avaruuden kohteita, joista lähti radiosäteilyä. Ne saivat nimen kvasitähti eli tähden kaltainen kohde, koska niiden radiosäteily oli erilaista kuin tavallisista tähdistä tuleva.
Vuonna 1963 yhdysvaltalainen tähtitieteilijä Maarten Schmidt tutki yhtä tällaista radiosäteilyn lähdettä radioteleskoopilla. Hän havaitsi, että säteily ei tullut tähdestä vaan kaukaisesta kohteesta, joka lähetti lyhytaaltoista valosäteilyä.
Teleskoopissa näkyi lyhytaaltoisen valon sijaan pitkiä radioaaltoja, koska kohteen valo oli miljardin vuoden vaelluksen aikana venynyt radioaalloiksi maailmankaikkeuden laajenemisen seurauksena.
Valonlähde, jota Schmidt tarkkaili, oli kirkkaampi kuin sata galaksia, mutta se ei silti ollut Aurinkokuntaa suurempi.
Ilmiölle keksittiin vain yksi selitys: valon täytyi olla lähtöisin huimaa vauhtia kieppuvasta vetykaasupilvestä, jollainen ympäröi supermassiivista mustaa aukkoa.
Schmidtin löydön jälkeen kvasitähtiä alettiin kutsua kvasaareiksi, jotta niitä ei sekoitettaisi tähtiin.
Liian suuria mustia aukkoja
Nykytiedon mukaan kaikkien suurten galaksien ytimessä on supermassiivinen musta aukko, jonka massa on kaksi miljoonaa tai jopa monta miljardia kertaa niin suuri kuin Auringon.
Nykyisen maailmankaikkeuden suurimmat mustat aukot eivät ole kasvaneet ainoastaan haalimalla itseensä kaasua ympäristöstään vaan myös galaksien yhteentörmäyksien kautta. Kun galaksit kolaroivat, niiden ytimissä olevat mustat aukot vetävät toisiaan puoleensa ja lopulta sulautuvat yhteen.
Kaikkien suurten galaksien keskuksessa on supermassiivinen musta aukko, myös omassa galaksissamme Linnunradassa.
Vuonna 2000 löydettiin kvasaari, joka oli ollut olemassa jo 900 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, ja 2012 tuli vastaan valtava kvasaari, jossa oli kahden miljardin Auringon massan kokoinen musta aukko ja joka oli loistanut avaruudessa jo 770 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.
Nämä havainnot sotkivat teorian, jolla ensimmäisten supermassiivisten mustien aukkojen synty oli selitetty. Aluksi tutkijat pitivät havaintoja poikkeuksina, mutta muutamaa vuotta myöhemmin löytyi kvasaari, jossa oli ollut 800 miljoonan Auringon massan kokoinen musta aukko jo 690 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.
Ensimmäisistä tähdistä jäi aukkoja
Vuosikymmeniä oli oletettu, että ne niin sanotut siemenet, joista varhaiset supermassiiviset mustat aukot kasvoivat, olivat peräisin maailmankaikkeuden ensimmäisistä muutama sata miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen syntyneistä tähdistä.
Nämä tähdet olivat nykyisin tähtiin verrattuna valtavia jättiläisiä. Kun ne olivat kuluttaneet loppuun ytimensä vetypolttoaineen, ne räjähtivät supernovina ja jättivät jälkeensä mustia aukkoja, joiden massa oli suurimmillaan sata Auringon massaa.
Vanhan teorian mukaan nämä siemenet eli pienet, tähden kokoiset, mustat aukot kasvoivat supermassiivisiksi miljardien vuosien kuluessa imemällä itseensä kaasua ympäröivästä avaruudesta.
Teoria ei kuitenkaan pysty selittämään J1342+0928:n olemassaoloa. Vaikka mustan aukon siemen olisi saanut tauotta ravinnokseen uutta kaasua, aukko olisi ehtinyt kasvaa 800 miljoonan Auringon massan kokoiseksi aikaisintaan miljardi vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.
Tutkijoiden oli siis kirjoitettava teoria uudestaan. Päivitetty versio meni niin, että koska ensimmäiset jättiläistähdet syntyivät joukoissa, myös niiden jäljiltä syntyneet mustat aukot olivat lähekkäin. Jotkin niistä sulautuivat yhteen noin tuhannen Auringon massan kokoisiksi, ja nämä jättisiemenet alkoivat kasvaa nopeasti.